家蠶轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫BmTEdb的構(gòu)建.pdf

1、重復(fù)序列是真核生物基因組的重要組成成分,根據(jù)其序列特征及在基因組中的存在形式,可以進一步分為串聯(lián)重復(fù)、片段重復(fù)和散在重復(fù)。其中,散在重復(fù)大多起源于轉(zhuǎn)座子。根據(jù)轉(zhuǎn)座介質(zhì)的不同,轉(zhuǎn)座子又可分為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子和DNA轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子可以在基因組中移動并插入到新的染色體位點,此過程常伴隨著其拷貝數(shù)的增加,它們是真核生物基因組的重要組成成分,如占人類基因組的45%,黑腹果蠅(Drosophilamelanogaster)基因組的22%,玉米(Zeam

2、ays)基因組的80%以上。
　　 轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座和擴增對基因的進化和基因組的穩(wěn)定具有重要影響,在染色體結(jié)構(gòu)、基因組大小、基因組重排、新基因生成和基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控等方面扮演著重要的角色,同時由于其序列的重復(fù)性及部分轉(zhuǎn)座子包含編碼區(qū),它們對基因組測序,組裝和注釋也是巨大的挑戰(zhàn)。與其他類型的重復(fù)序列相比,轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)和分類更為復(fù)雜多樣,使得對轉(zhuǎn)座子的鑒定和分類更為復(fù)雜和困難。一般地,真核生物轉(zhuǎn)座子的鑒定、分類和注釋分為3個步驟:(1)重

3、復(fù)序列庫的構(gòu)建;(2)重復(fù)序列的校正和分類:(3)基因組注釋。近年來,國內(nèi)外科學家己開發(fā)出多種軟件來輔助進行以上3個步驟。但這些軟件各有利弊,到目前為止還沒有一款軟件能夠單獨完成全基因組中所有轉(zhuǎn)座子的精確鑒定、分類和注釋。因此,需要把多種方法結(jié)合起來使用來實現(xiàn)全基因組范圍內(nèi)轉(zhuǎn)座子的精確鑒定、分類和注釋。
　　 家蠶(Bombyxmori)是一種重要的經(jīng)濟昆蟲,由其形成的蠶絲業(yè)是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中的重要組成部分。家蠶擁有豐富的品系資源

4、及突變體,是開展遺傳發(fā)育和分子生物學研究的良好材料,是鱗翅目的模式生物之一。家蠶基因組框架圖和精細圖的發(fā)布,極大地促進了家蠶基因組學研究。研究表明,轉(zhuǎn)座子序列大約占整個家蠶基因組的35%,高于黑腹果蠅(D.melanogaster)的22%,岡比亞按蚊(Anophelesgambiae)的16%,低于埃及伊蚊(Aedesaegypti)的47%,且轉(zhuǎn)座子類別豐富多樣,因此家蠶又是研究昆蟲轉(zhuǎn)座子很好的模式生物。轉(zhuǎn)座子是家蠶基因組的重要組成

5、部分,其對家蠶基因組的組成、進化和基因表達調(diào)控等具有重要影響。因此,家蠶基因組中轉(zhuǎn)座子的精確鑒定、分類和注釋具有重要意義。
　　 本研究采用多種方法對家蠶中的轉(zhuǎn)座子進行了系統(tǒng)鑒定和分類,并構(gòu)建了家蠶轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫BmTEdb。主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.家蠶轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫BmTEdb的構(gòu)建
　　 為了更好地理解轉(zhuǎn)座子在家蠶馴化中及家蠶基因組組成、結(jié)構(gòu)和進化上所起的作用,采用從頭(denovo)預(yù)測、基于同源

6、性預(yù)測和基于結(jié)構(gòu)預(yù)測等多種方法對家蠶中的轉(zhuǎn)座子進行了系統(tǒng)的鑒定,并整合Repbase,NCBI核酸數(shù)據(jù)庫和相關(guān)文獻中報道的家蠶轉(zhuǎn)座子。對鑒定出的家蠶轉(zhuǎn)座子,首先去除冗余序列及假陽性,隨后基于同源性和結(jié)構(gòu)特征及相關(guān)軟件進行了分類。采用Linux,Apache,MySQL和PERL成功構(gòu)建了家蠶轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫BmTEdb,為用戶提供瀏覽、搜索、查詢和序列比對分析等服務(wù)。家蠶轉(zhuǎn)座子數(shù)據(jù)庫BmTEdb的構(gòu)建將在一定程度上促進家蠶基因組學研究,并為

7、后續(xù)研究家蠶轉(zhuǎn)座子的功能及在家蠶馴化過程中所起的作用奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　 2.家蠶LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的鑒定、分類及系統(tǒng)發(fā)育分析
　　 采用基于結(jié)構(gòu)預(yù)測和同源性搜索相結(jié)合的方法,在家蠶基因組中共鑒定出了38個長末端重復(fù)(Longterminalrepeat,LTR)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族,序列長度占整個基因組的0.64%,遠小于先前預(yù)測的11.8%,其中有6個家族為新發(fā)現(xiàn)。38個家族中,26個家族有表達序列標簽(Expres

8、sionsequencetag,EST)證據(jù),表明這些家族具有潛在的活性。對有EST證據(jù)的6個家族和沒有EST證據(jù)的5個家族用RT-PCR進行了組織表達譜實驗,結(jié)果表明,這11個家族在一些組織中有表達,這進一步證實了這些家族具有轉(zhuǎn)錄活性,基于此,我們推測家蠶中大部分的LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族很可能具有潛在活性。對轉(zhuǎn)座子的插入時間進行估計,結(jié)果表明絕大部分元件都是最近1百萬年內(nèi)插入到家蠶基因組中的。還比較了黑腹果蠅(D.Melanogast